一种纳米片状磷酸锆锂自支撑复合固体电解质的制作方法

本发明属于电池材料，具体涉及一种纳米片状磷酸锆锂自支撑的复合固体电解质。

背景技术：

1、随着新能源电动汽车和柔性可穿戴电子产品行业的兴起，对电池的要求越来越高，不仅要求能量密度高、使用寿命长，还需要高安全性。传统电解质一般为液态电解质，容易发生泄漏、爆炸等安全事故，如今使用固体电解质去替代传统液态是个非常不错的选择，不但能提高安全性能以及电池能量密度，而且在锂离子电池中也能有效阻止锂枝晶的生长，减少电池短路问题。

2、复合固体电解质将无机固体电解质和聚合物电解质结合起来，有效的解决了固态锂离子电池低离子电导率和高界面阻抗等问题。主要因为无机固体电解质和聚合物相互作用，可以大幅度的降低聚合物的结晶度，促进锂离子的解离；同时无机固体电解质还能提供新的锂离子传输通道，提高锂离子传输效率。

3、无机填料的尺寸和形状对填料和聚合物之间的界面有着很关键的影响，控制好无机填料的尺寸形状，能够提高锂离子的传输效率，从而增加锂离子电导率和降低界面阻抗，获得电化学性能更优异的固态锂电池。目前有大量报道无机纳米片作为聚合物填料制备复合固体电解质，但未见纳米片状氧化物固体电解质作为无机填料的报道。

技术实现思路

1、针对上述不足，本发明公开了一种纳米片状磷酸锆锂自支撑复合固体电解质，将纳米片状磷酸锆锂与聚合物电解质复合制备自支撑复合固体电解质，有效提高了复合固体电解质的离子电导率，将其应用于固态锂电池，大幅提升了电池的循环性能与使用寿命。

2、本发明包括以下技术方案：

3、一种纳米片状磷酸锆锂自支撑复合固体电解质，由锂盐、聚合物和纳米片状磷酸锆锂制成；所述纳米片状磷酸锆锂为菱方相结构，横向尺寸为100~400 nm，厚度为20~100nm。

4、进一步的，上述纳米片状磷酸锆锂自支撑复合固体电解质的制备方法，包括以下步骤：

5、s1：将锂盐和聚合物按一定比例称量，溶解于有机溶剂中，制得溶液；

6、s2：向s1所述溶液中，加入一定比例纳米片状磷酸锆锂，加热搅拌均匀制得均匀浆料；

7、s3：将s2制备好的浆料以一定厚度均匀涂在聚四氟乙烯薄膜上，放在烘箱中干燥，然后放入手套箱中保存。

8、进一步的，上述制备方法中，步骤s1中，所述锂盐选自lipf6、liclo4或litfsi中的一种或者多种。

9、进一步的，上述制备方法中，步骤s1中，所述聚合物选自聚己内酯（pcl）、聚氧化乙烯（peo）或聚偏氟乙烯（pvdf）中的一种或者多种。

10、进一步的，上述制备方法中，步骤s1中，所述锂盐和聚合物中的氧原子的摩尔比为 n(li+): n(o)=1:20。

11、进一步的，上述制备方法中，步骤s1中，所述有机溶剂选自碳酸二甲酯（dmc）、无水乙腈或n-甲基吡咯烷酮（nmp）中的一种或者多种；优选的锂盐和聚合物按固形物质量比5-20wt%溶解于上述有机溶剂中。

12、进一步的，上述制备方法中，步骤s2中，搅拌温度60 ℃、速度500 r/min。

13、进一步的，上述制备方法中，步骤s2中，纳米片状磷酸锆锂为菱方相结构，横向尺寸为100~400 nm，厚度为20~100 nm。

14、进一步的，上述制备方法中，步骤s2中，纳米片状磷酸锆锂与聚合物的质量比为0.31~0.83:1。

15、进一步的，上述制备方法中，步骤s3中，涂膜厚度为500-1500 μm，干燥后厚度约为70 μm。

16、本发明还公开了上述纳米片状磷酸锆锂自支撑复合固体电解质或制备方法在制备锂离子固态电池中的应用。

17、相比现有技术，本发明具有如下突出的有益效果：

18、本发明公开了一种纳米片状磷酸锆锂自支撑复合固体电解质及其制备方法，首先采用热涂覆法制备了纳米片状磷酸锆锂自支撑复合固体电解质，其中pcl基复合固体电解质具有较高的离子电导率，在60 ℃下为1.6×10-4s/cm，锂离子迁移数也达到了0.78。用纳米片状磷酸锆锂自支撑复合固体电解质组装lifepo4//li电池在3c倍率下能够长循环1000圈，容量保持率为86%，电化学性能远优于基于非纳米片状磷酸锆锂的复合固体电解质。本发明为锂离子固态电池领域提供了一种性能优异的复合固体电解质。

技术特征：

1.一种纳米片状磷酸锆锂自支撑复合固体电解质，其特征在于，由锂盐、聚合物和纳米片状磷酸锆锂制成；所述纳米片状磷酸锆锂为菱方相结构，横向尺寸为100~400 nm，厚度为20~100 nm。

2.如权利要求1所述的纳米片状磷酸锆锂自支撑复合固体电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述锂盐选自lipf6、liclo4或litfsi中的一种或者多种。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述聚合物选自聚己内酯（pcl）、聚氧化乙烯（peo）或聚偏氟乙烯（pvdf）中的一种或者多种。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述锂盐和聚合物中的氧原子的摩尔比为n(li+):n(o)=1:20。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述有机溶剂选自碳酸二甲酯（dmc）、无水乙腈或n-甲基吡咯烷酮（nmp）中的一种或者多种；锂盐和聚合物按固形物质量比5-20wt%溶解于上述有机溶剂中。

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，搅拌温度60 ℃、速度500r/min。

8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，纳米片状磷酸锆锂为菱方相结构，横向尺寸为100~400 nm，厚度为20~100 nm；纳米片状磷酸锆锂与聚合物的质量比为0.31~0.83:1。

9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤s3中，涂膜厚度为500-1500 μm，干燥后厚度约为70 μm。

10.如权利要求2-9所述的制备方法在制备锂离子固态电池中的应用。

技术总结本发明公开了一种用纳米片状磷酸锆锂自支撑的复合固体电解质，属于电池材料技术领域，包含锂盐、聚合物和纳米片状磷酸锆锂，本发明的复合固体电解质的制备方法包括以下步骤：将聚合物和锂盐溶于有机溶剂中，溶解完全后加纳米片状磷酸锆锂，搅拌均匀，然后涂覆在聚四氟乙烯薄膜上，放入手套箱里干燥，溶剂挥发后得到了厚度约为70μm的纳米片状磷酸锆锂自支撑的复合固体电解质。该复合电解质具有安全性能好，较高的离子电导率和锂离子迁移数，用其组装的LiFePO<subgt;4</subgt;//Li电池能在3C的高倍率下稳定长循环1000圈，具有稳定的库伦效率和较高的容量保持率。本发明为锂离子固态电池领域提供了一种性能优异的复合固体电解质。技术研发人员：刘敏,张全权,王澳来,靳洪允,洪建和受保护的技术使用者：合源锂创（苏州）新能源科技有限公司技术研发日：技术公布日：2025/1/6